Una nuova invenzione nel campo della neurologia utilizza elettrodi sottilissimi e flessibili per monitorare con estrema precisione l’attività cerebrale. Questo approccio avanzato potrebbe sostituire le tecniche attuali, come i neurostimolatori o “pacemaker cerebrali”, che vengono utilizzati per trattare condizioni come il Parkinson e gli spasmi muscolari. A differenza dei tradizionali neurostimolatori, che si limitano a inviare impulsi elettrici a specifiche aree del cervello, questi nuovi elettrodi sono in grado di raccogliere dati molto più accurati
La storia degli elettrodi cerebrali e le novità del millennio
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I neurostimolatori, introdotti per la prima volta negli anni ’80, hanno utilizzato elettrodi relativamente spessi per inviare impulsi elettrici a specifiche aree del cervello. Questi dispositivi si sono rivelati efficaci nel trattare malattie come il Parkinson e gli spasmi muscolari. Cosa che migliorato significativamente la qualità della vita dei pazienti. Tuttavia, sin dall’inizio, uno dei limiti principali era la loro capacità di monitorare l’attività cerebrale in modo dettagliato. Nonostante il successo nella stimolazione, mancava la possibilità di registrare con precisione i segnali elettrici del cervello. Il che avrebbe potuto aiutare a comprendere meglio le anomalie neurologiche e psichiatriche.
Il problema risiedeva nella complessità del cervello e nella delicatezza delle sue strutture. Gli elettrodi spessi erano efficaci per la stimolazione, ma non potevano fornire una mappatura precisa dell’attività cerebrale. Questa limitazione ha spinto la ricerca scientifica, per oltre tre decenni, a cercare nuove soluzioni che potessero combinare stimolazione e monitoraggio dettagliato.
Finalmente, nei primi anni 2000, sono stati sviluppati i primi elettrodi ultra-sottili e flessibili, una tecnologia che ha superato i limiti dei dispositivi precedenti. Questi nuovi dispositivi, non solo stimolano aree specifiche del cervello, ma sono anche in grado di registrare con estrema precisione l’attività elettrica. Cosa che permette un’analisi più approfondita delle malattie neurologiche, oltre alla possibilità di sperimentare trattamenti più efficaci e personalizzati per patologie complesse. Ma cerchiamo di capire meglio il funzionamento di questi elettrodi “tentacolo”.
Gli elettrodi tentacolo
Gli“elettrodi tentacolo”, sviluppati dai ricercatori dell’ETH di Zurigo, guidati dal professor Mehmet Fatih Yanik, sono composti da fasci di fibre d’oro molto sottili, racchiusi in un polimero elastico, che consente loro di minimizzare l’impatto sui tessuti circostanti.
La loro caratteristica distintiva è l’incredibile finezza. Fattore che permette loro di penetrare oltre i lunghi processi delle cellule nervose, come dendriti e assoni, senza interferire con la loro funzione. Come spiega Yanik, «sono solo spessi quanto i processi delle cellule nervose». Il che consente un’integrazione estremamente delicata con il tessuto cerebrale.
Questo approccio innovativo segna un avanzamento significativo rispetto alle tecnologie precedenti. A differenza dei metodi tradizionali e di soluzioni concorrenti, come quelle di Neuralink di Elon Musk, che impiegano dispositivi più rigidi e spessi, i tentacoli cerebrali offrono una registrazione e una stimolazione cerebrale più precise. A confermarlo, i test condotti dai ricercatori.
Vantaggi e risultati della nuova tecnologia
I nuovi elettrodi tentacolo hanno mostrato un’eccellente biocompatibilità. Nei test condotti su ratti, questi dispositivi hanno dimostrato di poter registrare l’attività cerebrale con alta precisione per periodi prolungati, fino a dieci mesi. Il tutto, senza causare danni ai tessuti circostanti. Questa lunga durata di monitoraggio è fondamentale perché ha permesso ai ricercatori di raccogliere dati dettagliati e continuativi, che sono essenziali per studi approfonditi sulla funzione cerebrale.
Grazie alla loro struttura fine e flessibile, i fasci di elettrodi sono stati in grado di adattarsi e integrarsi senza problemi nel cervello, facilitando la registrazione di segnali elettrici per un periodo esteso. Questo approccio ha reso possibile osservare l’attività sincrona delle cellule nervose, un aspetto fondamentale per comprendere meccanismi complessi come la formazione della memoria e l’elaborazione delle informazioni.
Inoltre, i fasci di elettrodi tentacolo hanno dimostrato la capacità di ramificarsi in diverse direzioni all’interno del cervello, permettendo di raggiungere e monitorare più aree simultaneamente. Questa caratteristica offre un vantaggio significativo rispetto alle tecnologie precedenti, poiché consente una panoramica più ampia e dettagliata dell’attività cerebrale, facilitando l’analisi di come diverse regioni del cervello collaborano tra loro.
Prospettive future e applicazione clinica
Nella fase successiva della ricerca, i nuovi elettrodi tentacolo verranno testati nel cervello umano, con un focus iniziale sui pazienti affetti da epilessia resistente ai farmaci. Questo approccio ha come obiettivo principale la localizzazione precisa delle aree cerebrali da cui originano le crisi. Utilizzando la capacità degli elettrodi di monitorare l’attività elettrica cerebrale con alta precisione, i ricercatori possono identificare i focolai epilettici con maggiore accuratezza. Questa informazione è fondamentale per i chirurghi, che possono così pianificare e eseguire una rimozione mirata del tessuto cerebrale problematico, migliorando le probabilità di successo dell’intervento e riducendo il rischio di danni ai tessuti sani circostanti.
In parallelo, il team guidato da Yanik sta esplorando come gli elettrodi tentacolo possano essere utilizzati per stimolare le cellule cerebrali in condizioni neurologiche e psichiatriche. L’idea è di sviluppare terapie più efficaci per disturbi complessi come la depressione, la schizofrenia e il disturbo ossessivo-compulsivo. La capacità di stimolare specifiche aree del cervello con precisione potrebbe permettere di modulare l’attività neuronale in modo mirato.
Cosa che permetterebbe nuove opzioni terapeutiche per pazienti che non rispondono bene ai trattamenti tradizionali.
Infine, Yanik e il suo team stanno considerando l’impiego degli elettrodi tentacolo nelle interfacce cervello-macchina. Questa applicazione potrebbe aprire nuove possibilità per il controllo di protesi o sistemi di comunicazione per persone con lesioni cerebrali gravi. Gli elettrodi, grazie alla loro finezza e flessibilità, potrebbero infatti fornire un’interfaccia più precisa e naturale tra il cervello e dispositivi esterni. In questo modo sarà possibile migliorare la qualità della vita e l’autonomia di individui con gravi disabilità motorie o comunicative.
Fonte
Nature Communications